金属材料及加工工艺教材

江苏晟瑞斯国际贸易采购质检部郭丹丹金属材料及加工工艺金属材料及加工工艺

在钢、铁和合金为代表的现代工业社会，金属材料以其优良的力学性能、加工性能和独特的表面特性，成为现代产品设计中的一大主流材质(图6—1)。金属材料及加工工艺

1.1金属材料的固有特性

金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面：①金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。②金属材料是电与热的良导体。③金属材料表面具有金属所特有印色彩与光泽④金属材料具有良好的展延性。⑤金属可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、氧、磷与硫等非金属元素在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。合金可根据添加元素的多少，分为二元合金、二元合金等。⑥除了贵金属之外，几乎所有金属曲化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。金属材料及加工工艺

1.2金属材料的工艺特性成型加工金属的成型方法可区分为铸造、塑性加工、切削加工、焊接与粉末冶金五类。1．铸造将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其他工艺方法相比，铸造成型生产成本低，工艺灵活性大，适应性强，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大，容易产生内部缺陷。铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造以及离心铸造等。常用的铸造材料有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等，通常根据不同的使用目的、使用寿命和成本等方面来选用铸件材料。图6-2为采用铸造方法生产的产品。

金属材料及加工工艺

1.2金属材料的工艺特性成型加工(1)砂型铸造俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序有：制造铸模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。砂型铸造适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。图6—3砂型铸造的基本工艺过程金属材料及加工工艺

1.2金属材料的工艺特性成型加工(2)熔模铸造又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常闲的铸造方法。熔模铸造的工艺过程如图6-4所示。①制作母模：母模是铸件的基本模样，用于制造压型。可根据设计方案用适当的料制作母模。②制作压型：压型是制造蜡模的特殊铸型可采用易熔合金、石膏或硅橡胶制作。用硅橡胶制作压型时，将母模均匀的刷上压型常用钢或铝合金加工而成，小批量时层硅橡胶，然后贴一层纱布，如此反复五六次，视铸件的大小决定。外层用石膏固定，待硅橡胶模固化后，取出母模，即翻制得硅橡胶模压型。金属材料及加工工艺

1.2金属材料的工艺特性成型加工

③制作蜡模：制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用50％石蜡和硬脂酸的混合料。将熔化好的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转压型，使蜡料均匀形成蜡模，待蜡料冷却后便可从压型中取出，修毛刺后即得蜡模。批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道，浇注流道要有浇注口和出口。④制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料(如水玻璃溶液)，洒一层耐火砂，使之硬化成壳。如此反复涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料构成的型壳(洒耐火砂先细后粗）。⑤脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤，使蜡模熔化流出并回收，从而得到一个中空的型壳。⑥焙烧和造型：将型壳进行高温焙烧，以增加型壳强度。为进一步提高型壳强度，防止浇注时型壳变形或破裂，可将型壳放在箱体中，周围用干砂填充。

金属材料及加工工艺

1.2金属材料的工艺特性成型加工⑦浇注：将型壳保持一定温度，浇注金属溶液。⑧脱壳：待金属液凝固后，去除型壳，切去浇口，清理毛刺，获得所需铸件。熔模铸造尺寸精确，铸件表面光洁，无分型面，不必再加工或少加工。熔模铸造工序较多，生产周期较长，受型壳强度限制，铸件重量一般不超过25kg。适用于多种金属及合金的中小型、薄壁、复杂铸件的生产。金属材料及加加工工艺1.2金属材料的工工艺特性成型加工(3)金属型铸造用金属材料制制作铸型进行行铸造的方法法，又称永久久型铸造或硬硬型铸造。铸铸型常用铸铁铁、铸钢等材材料制成，可可反复使用，，直至损耗。。金属型铸造造所得铸件的的表面光洁度度和尺寸精度度均优于砂型型铸件，且铸铸件的组织结结构致密，力力学性能较高高。适用于中中小型有色金金属(如铝、铜、镁镁及其合金等等)铸件和铸铁铸铸件的生产。。(4)压力铸造简称压铸。在在压铸机上，，用压射活塞塞以较高的压压力和速度将将压室内的金金属液压射到到模腔中，并并在压力作用用下使金属液液迅速凝固成成铸件的铸造造方法。属于于精密铸造方方法。铸件尺尺寸精确，表表面光洁，组组织致密，生生产效率高。。适合生产小小型、薄壁的的复杂铸件，，并能使铸件件表面获得清清晰的花纹、、匿案及文字字等。主要用用于锌、铝、、镁、铜及其其合金等铸件件的生产。金属材料及加加工工艺1.2金属材料的工工艺特性成型加工(5)离心铸造将液态金属浇浇入沿垂直轴轴或水平轴旋旋转的铸型中中，在离心力力作用下金属液附着于于铸型内壁，，经冷却凝固固成为铸件的的铸造方法。。离心铸造的铸件组织致致密，力学性性能好，可减减少气孔、夹夹渣等缺陷。。常用于制造各种金属的的管形或空心心圆筒形铸件件，也可制造造其他形状的的铸件。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属材材料的的工艺艺特性性成型加加工2．金属属塑性性加工工(1)锻造金属塑塑性加加工方方法之之一。。锻造造是利利用手手锤、、锻锤锤或压压力设设备上上的模模具对对加热热的金金属坯坯料施施力，，使金金属材材料在在不分分离条条件下下产生生塑性性变形形，以以获得得形状状、尺尺寸和和性能能符合合要求求的零零件。。为了了使金金属材材料在在高塑塑性下下成型型，通通常锻锻造是是在热热态下下进行行，因因此锻锻造也也祢为为热锻锻。按成型型是否否用模模具通通常分分为：：自由锻锻（如图图6-5）模锻（如图图6-6）按加工工方法法分为为：手工锻锻造（图6-7）和机械锻锻造。在现代代金属属装饰饰工艺艺中，，常用用的锻锻造方方法是是手工工锻造造。图6-7为锻铜铜浮雕雕。是是手工工锻造造作品品。手手工锻锻造是是一种种古老老的金金属加加工工工艺，，是以以手工工锻打打的方方式，，在金金属板板上锻锻锤出出各种种高低低凹凸凸不平平的浮浮雕效效果。。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属材材料的的工艺艺特性性成型加加工手工自自由锻锻：是指在在金属属板上上自由由锻造造成型型。具体过过程是是(以紫铜铜浮雕雕为例例)：①首先先将铜铜皮用用汽油油喷灯灯进行行加温温，烧烧至红红色，，这一一过程程称为为“退火”，目的的是使使铜的的分子子结构构重组组，使使之变变软。。②将设设计好好的图图案画画在铜铜皮上上，用用錾子子将轮轮廓廓錾出出。③根据据预先先的设设计将将铜皮皮放在在沙袋袋上，，用锤锤子和和錾子子锻出出大的的凹凸凸起伏伏。④将铜铜皮用用胶固固定在在一张张平板板上，，用各各种型型号和和形状状的錾錾子錾錾出一一些精精细的的造型型，其其司需需要多多次退退火。。⑤将制制作好好的作作品放放在铁铁垫板板上，，找平平，然然后整整理好好边缘缘。⑥将作作品需需要抛抛光印印地方方进行行抛光光，然然后进进行电电镀、、化学学着色色、防防腐等等后处处理。。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属材材料的的工艺艺特性性成型加加工手工模模锻：：是指先先做好好母模模再进进行锻锻造成成型，，具体过过程是是(以紫铜铜浮雕雕为例例)：①首先先按设设计构构思，，制作作好浮浮雕泥泥胚。。②将泥泥胚翻翻制成成玻璃璃钢。。③将铜铜皮用用汽油油喷灯灯过火火，烧烧至红红色，，进行行退火火。④将浮浮雕按按区域域分成成几个个大块块面。。⑤将锻锻好的的块面面焊接接在一一起，，找平平，然然后抛抛光。。⑥将作作品进进行或或电镀镀、或或化学学着色色、或或防腐腐等后后处理理。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属材材料的的工艺艺特性性成型型加加工工(2)轧制制金属属塑塑性性加加工工工工艺艺之之一一。。如如图图6—8所示示，，利利用用两两个个旋旋转转轧轧辊辊印印压压力力使金金属属坯坯料料通通过过一一个个特特定定空空间间产产生生塑塑性性变变形形，，以以获获得得所所要要求求的的截截面面形形状并并同同时时改改变变其其组组织织性性能能。。通通过过轧轧制制可可将将钢钢坯坯加加工工成成不不同同截截面面形形状状的的原材材料料，，如如圆圆钢钢、、方方钢钢、、角角钢钢、、下下字字钢钢、、工工字字钢钢、、槽槽钢钢、、z字钢钢、、钢钢轨轨等。。按按轧轧制制方方式式分分为为横横轧轧、、纵纵轧轧和和斜斜轧轧；；按按轧轧制制温温度度分分为为热热轧轧和和冷冷轧轧。。热轧轧是是将将材材料料加加热热到到再再结结晶晶温温度度以以上上进进行行轧轧制制，，热热轧轧变变形形抗抗力力小小，，变变形量量大大，，生生产产效效率率高高，，适适合合轧轧制制较较大大断断面面尺尺寸寸，，塑塑性性较较差差或或变变形形量量较较大的的材材料料。。冷冷轧轧则则是是在在室室温温下下对对材材料料进进行行轧轧制制。。与与热热轧轧相相比比，，冷冷轧轧产产品尺尺寸寸精精确确，，表表面面光光洁洁，，机机械械强强度度高高。。冷冷轧轧变变形形抗抗力力大大，，变变形形量量小小，，适于于轧轧制制塑塑性性好好，，尺尺寸寸小小的的线线材材、、薄薄板板材材等等。。金属属材材料料及及加加工工工工艺艺1.2金金属属材材料料的工工艺艺特特性性成型型加加工工(3)挤压压将金金属属放放入入挤挤压压筒筒内内，，用用强强大大的的压压力力使使坯坯料料从从模模孔孔中中挤挤出出，，从从而而获获得得符符合合模模孔孔截截面面的的坯坯料料或或零零件件印印加加工工方方法法，，如如图图69所示示。。常常用用的的挤挤压压方方法法有有：：正正挤挤压压、、反反挤挤压压、、复复合合挤挤压压、、径径向向挤挤压压。。适适合合于于挤挤压压加加工工的的材材料料主主要要有有低低碳碳钢钢、、有有色色金金属属及及其其合合金金。。通通过过挤挤压压可可以以得得到到多多种种截截面面形形状状的的型型材材或或零零件件。。(4)拔制制金属属塑塑性性加加工工方方法法之之一一。。女女口口图图6-10所示示，，用用拉拉力力使使大大截截面面的的金金属属坯坯料料强强行行穿穿过过一一定定形形状状的的模模孔孔，，以以获获得得所所需需断断面面形形状状和和尺尺寸寸的的小小截截面面毛毛坯坯或或制制品品的的工工艺艺过过程程。。拉拉拔拔生生产产主主要要用用来来制制造造各各种种细细线线材材、、薄薄壁壁管管及及各各种种特特殊殊几几何何形形状状的的型型材材。。拔拔制制产产品品尺尺寸寸精精确确，，表表面面光光洁洁并并具具有有一一定定机机械械性性能能。。低低碳碳钢钢及及多多数数有有色色金金属属及及合合金金部部可可拔拔制制成成型型，，多多用用来来生生产产管管材材、、棒棒材材、、线线材材和和异异型型材材等等。。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性成型加工工(5)冲压金属塑性性加工方方法之一一，又称称板料冲冲压。如如图6-11所示，在在压力作作用下利利用模具具使金属属板料分分离或产产生塑性性变形，，以获得得所需工工件的工工艺方法法。按冲压加加工温度度分为热热冲压和和冷冲压压。前者者适合变变形抗力力高，塑塑性较差差的板料料加工；；后者则则在室温温下进行行，是薄薄板常用用的冲压压方法。。按冲压加加工功能能分为冲冲裁加工工和成型型加工。。冲裁加加工又称称分离加加工，包包括冲孔孔、落料料、修边边、剪裁裁等。成成型加工工是使材材料发生生塑性变变形，包包括弯曲曲、拉深深、卷边边等。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性成型加工工3．切削加加工又称为冷冷加工。。利用切切削刀具具在切削削机床上上(或用手工工)将金属工工件的多多余加工工量切去去，以达达到规定定的形状状、尺寸寸和表面面质量的的工艺过过程。按加工方方式分为为车削、、铣削、、刨削、、磨削、、钻削、、镗削及及钳工等等，是最最常见的的金属加加工方法法。图6—12和图6—13为铣削工工序和车车削工序序示意图图。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性成型加工工4．焊接加加工焊接加工工是充分分利用金金属材料料在高温温作用下下易熔化化的特性性，使金金属与金金属发生生相互连连接的一一种工艺艺，是金金属加工工的一种种辅助手手段。常用的焊焊接方法法有熔焊焊、压焊焊和钎焊焊，如图图6—14所示。金属的焊焊接性能能是指金金属能否否适应焊焊接加工工而形成成完整的的具有一一定使用用性能的的焊接接接头印特特性。金金属焊接接性的好好坏取于于金属材材料本身身的化学学成分和和焊接方方法。材材料化学学成分是是影响材材料焊接接性的最最基本因因素。材材料化学学成分含含量不同同，其焊焊接性也也不同。。如碳钢钢的含碳碳量越高高，焊接接接头的的淬硬倾倾向越大大，就易易于产生生裂纹，，表明碳碳钢印焊焊接性随随着含碳碳量的增增加而变变差。通通常常，低碳碳钢有良良好的焊焊接性，，高碳钢钢、高合合金钢、、铸铁和和铝合金金的焊接接性较差差，中碳碳钢则介介于两者者之间。。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性成型加工工金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性成型加工工5.粉末冶金金粉末冶金金是以金金属粉末末或金属属化合物物粉末为为原料状状和性能能的材料料或制品品的工艺艺方法。。其主要工工序为：：①粉末原原料的制制取和准准备。②将粉末末加工成成所需形形状的坯坯料。经经混合、、成形和和烧结，，获得所所需形状③将坯料料在低于于主要组组元熔点点的温度度下进行行烧结，，使之获获得最终终的性能。常用的金金属粉末末有铁、、铜、镍镍、钻、、钨、钼钼、铬和和钛等粉粉末；合合金粉末末有镍青青铜合金金、钛合合金、高高温合金金、低合合金钢和和不锈钢钢等。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性热处理通过加热热和冷却却的方法法，改变变金属内内部或表表面的绢绢织结构构，以以获得预预期性能能的工艺艺方法。。根据热热处理时时加热冷冷却规范范的基本本特点及及其对组组织性能能的影响响，金属属热处理理可分为为普通热热处理、、表面热热处理和和特殊热热处理。。1.普通热处处理普通热处处理包括括退火、、正火、、淬火和和回火处处理(如图6—15所示)。①退火是是将金属属加热到到临界温温度(Ac3：或Ac1，)以上，保保温一段段时间后后度冷却却，使其其组织结结构接近近均衡状状态，从从而消除除或减少少内应力力，均化化组织和和成分，，有利于于加工作作业。金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性热处理②正火是将将金属加加热保温温后，在在室温下下空气中中进行冷冷却，是是一种特特殊的退退火处理理。③淬火是是将金属属加热至至临界温温度以上上，保温温后快速速冷却至至室温，，以达到到强化金金属组织织，提高高金属的的强度、、硬度等等机械性性能。④回火是是将淬火火后的金金属重新新加热，，再进行行保温冷冷却。其其目的是是为了消消除淬火火应力，，以达到到所要求求的组织织和性能能。图6—15普通热处处理过程程示意图图金属材料料及加工工工艺1.2金金属材料料的工艺特特性热处理2．表面热热处理表面热处处理包括括表面淬淬火和化化学热处处理：①表面淬淬火是通通过快速速加热金金属表面面层至所所要求的的温度，，然后进进行淬火火，以提提高金属属表面的的硬度和和耐磨性性。②化学热热处理是是将金属属工件置置于一定定活性介介质中加加热保温温，使介介质元素渗入入工件表表面，，改变其其表面的的化学成成分和组组织结构构，使表表面达到预期要要求的性性能。常常用的化化学热处处理包包括渗碳碳、渗氮氮和氨碳碳共渗(又称氰化化)。3．特殊热热处理特殊热热处理理是利利用一一些特特殊工工艺方方法进进行热热处理理，通通常有有形变变热处处理、磁磁场热热处理理等。。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属属材料料的工艺艺特性性表面处处理技技术金属材材料表表面处处理理及装装饰的的功效效一方方面是是保护护作用用，另另一方方面是是装饰饰作用用。1．金属属材料料的表表面前前处理理在对金金属材材料或或制品品进行行表面面处理理之前前，应应有前前处理理或预预处理理工序序，以使金金属材材料或或制品品的表表面达达到可可以进进行表表面处处理的的状态态。金属制制品表表面的的前处处理工工艺和和方法法很多多，其其中主主要包包括有有金属属表面面的机机械处理理、化化学处处理和和电化化学处处理等等。机械处处理：：通过切切削、、研磨磨、喷喷砂等等加工工清理理制品品表面面的锈锈蚀及及氧化化皮等，将将表面面加工工成平平滑或或具有有凹凸凸模样样；化学处处理：主要要是清清理制制品表表面的的油污污、锈锈蚀及及氧化化皮等等；电化学学处理理：主要用用以强强化化化学除除油和和浸蚀蚀的过过程，，有时时也可可用于于弱浸浸蚀时活活化金金属制制品的的表面面状态态。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属属材料料的工艺艺特性性表面处处理技技术2．金属属材料料的表表面装装饰技技术金属材材料表表面装装饰技技术是是保护护和美美化产产品外外观的的手段段，主主要分分为表表面着着色工艺和和肌理理工艺艺。(1)金属表表面着着色工工艺金属表表面着着色工工艺是是采用用化学学、电电解、、物理理、机机械、、热处处理等等方法法，使使金属属表面形形成各各种色色泽的的膜层层、镀镀层或或涂层层。①化学着着色：：在特特定的的溶液液之中中，通通过金金属表表面与与溶液液发生生化学学反应应，在在金属表面面生成成带色色的基基体金金属化化合物物膜层层曲方方法。。②电解着着色：：在特特定的的溶液液中，，通过过电解解处理理方法法，使使金属属表面面发生生反应应而生成带带色膜膜层层。③阳极氧氧化染染色：：在特特定的的溶液液中，，以化化学或或电解解的方方法对对金属属进行行处理理，生成能能吸附附染料料的膜膜层，，在染染料作作用下下着色色，或或使金金属与与染料微粒粒共析析形成成复合合带色色镀层层。金属材材料及及加工工工艺艺1.2金属属材料料的工艺艺特性性表面处处理技技术④镀覆着着色：：采用用电镀镀、化化学镀镀、真真空蒸蒸发沉沉积度度和气气相镀镀等方方法，，在金属表面面沉积金属属、金属氧氧化物或合合金等，形形成均匀膜层。⑤涂覆着色：：采用浸涂涂、刷涂、、喷涂等方方法，在金金属表面涂涂覆有机涂涂层。⑥珐琅着色：：在金属表表面覆盖玻玻璃质材料料，经高温温烧制形成成膜层。⑦热处理着色色：利用加加热的方法法，使金属属表面形成成带色氧化化膜。⑧传统着色技技术：包括括做假锈、、汞齐镀、、热浸镀锡锡、鎏金、、鎏银以及及亮斑等。(2)金属表面肌肌理工艺金属表面肌肌理工艺是是通过锻打打、刻划、、打磨、腐腐蚀等工艺艺在金属表表面制作出出肌理效果果。金属材料及及加工工艺艺1.2金属属材料的工艺特性性表面处理技技术①表面锻打：：使用不同同形状的锤锤头在金属属表面进行行锻打，从从而形成不同形状的的点状肌理理，层层叠叠叠，十分分具有装饰饰性。②表面抛光：：利用机械械或手工以以研磨材料料将金属表表面磨光的的方法。表面抛光又又有磨光、、镜面、丝丝光、喷砂砂等效果。。③表面镶嵌：：在金属表表面刻画出出阴纹，嵌嵌入金银丝丝或金银片片等质地较软的金属属材料，然然后打磨平平整。呈现现纤巧华美美的装饰效果。④表面蚀刻：：是使用化化学酸进行行腐蚀而得得到的一种种斑驳、沧沧桑的装饰效果，如如图6-16所示。具体方法如如下：首先在金属属表面涂上上一层沥青青，接着将将设计好的的纹饰在沥沥青的表面面刻画，将将需腐蚀部部分的金属属露出。下下面就可以以进行腐蚀蚀了，腐蚀蚀可以视作作品的大小小，选择进进入化学酸酸溶液内腐腐蚀和喷刷刷溶液腐蚀蚀。一般来来说，小型型作品选择择浸入式腐腐蚀。化学学酸具有极极强的腐蚀蚀性，在进进行腐蚀操操作时一定定要注意安安全保护。。金属材料及及加工工艺艺1.3常常用用的金属材料料分类①按金属材料料构成元素素分为黑色色金属材料料和有色金金属材料。。A:黑色金属材材料包括铁铁和以铁为为基体的合合金。如纯纯铁、碳钢钢、合金钢钢、铸铁铁合金金等，简称称钢铁材料料。B:有色金属包包括铁以外外的金属及及其合金。。常用的有有金、银、、铝及铝合合金、铜及铜铜合金、钛钛及钛合金金等。②按金属材料料主要性能能和用途分分为金属结结构材料和和金属功能能材料。③按金属材料料加工工艺艺分为铸造造金属材料料、变形金金属材料和和粉末冶金金材料。④按金属材料料密度分为为轻金属(密度<4．5g／cm3)和重金属(密度>4．5g／cm3)。金属材料及及加工工艺艺1.3常常用用的金属材料料钢铁钢铁材料钢铁材料可可分为三大大类：工业纯铁——含碳量不超超过0.02％的铁碳合合金。工业业纯铁虽虽然塑性好好，但强度低，，很少用作作结构材料料和外观材材料。钢——含碳量为0.02％—2.11％的铁碳合合金，另含含有少量磷磷、硫等杂质元素。。钢的种类类繁多，根根据化学成成分，可分分为碳素钢钢和合金钢两大类类，广泛应应用于名个个领域。铸铁——含碳量为2.11％－4.0％的铁碳合合金。铸铁铁是一种使使用历史悠悠久的重要要工程材料料，其熔点点低，具有有良好的铸铸造性能、、切削性能及耐磨性性和减振性性，生产工工艺简单，，成本低廉廉，可用来来制造各种具有复复杂结构构和形状的的零件。常常田的铸铁铁材料有灰灰口铸铁，，可锻铸铁和和球墨铸铁铁。金属材料及及加工工艺艺1.3常常用用的金属材料料钢铁1．钢的分类类(1)碳素钢碳素钢按含含碳量可分分为：低碳钢——含碳量0.25％以下。低低碳钢具有有低强度、、高塑性、、高韧性及良好加加工性和焊焊接性，适适合制造形形状复杂和和需焊接的零件和件件。中碳钢——含碳量0.25％—0.6％。中碳钢钢具有一定定的强度、、塑性和适中的韧韧性，经热热处理而具具有良好的的综合力学学性能，多用于制造造要求强韧韧性印齿轮轮、轴承等等机械零件件。高碳钢——含碳量0．6％以上。高碳碳钢具有较高高的强度和硬硬度，耐磨性好，塑性性和韧性较低低，主要用于于制造工具、、刃具、弹簧及耐磨零零件等。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁碳素钢按质量量可分为普通通钢、优质刚刚和高级优质质钢。碳素钢按用途途可分为结构构钢、工具钢钢和特殊性能能钢。(2)合金钢以碳素钢为基基础适量加入入一种或几种种合金元素的的钢，具有较较高的综合机械性能能和某些特殊殊的物理、化化学性能。合合金元素可改改善钢的使用性能和工工艺性能，常常用的有硅、、锰、铬、镍镍、铝、钨、、钛、硼等。如铬可使使钢的耐磨性性、硬度和高高温强度增加加。合金钢按合金金元素总含量量分为低合金金钢(总含量5％以下)、中合金钢5％～10％)和高合金钢(总含量10％以上)；合金钢按合金金元素种类分分为铬钢、镍镍钢、锰钢、、硅钢、铬镍镍钢、锰硅钢等；合金钢按用途途分为合金结结构钢、合金金工具钢和特特种合金钢(如不锈钢、耐热钢、、耐磨钢等)。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁2．常用钢材的的品种及用途途钢材由钢坯或或钢锭加工而而成的产品。。通常分为型型钢、钢板、、钢管、钢丝等4大类。可采用用轧制、挤压压、拉拔、焊焊接、冷弯等等工艺加工，广泛用用于各工业部部门。(1)型钢具有一定几何何形状截面、、长度和截面面周长之比相相当大的直条条钢材。按生成方法可可分为：热轧轧型钢、弯曲曲型钢、挤压压型钢、拔制制型钢和焊接型钢等；；按截面形状状可分为圆钢钢、方钢、扁钢、六角钢钢、角钢、工工字钢、槽钢钢和异形钢等等。型钢的规格常常以反映截面面形状的主要要轮廓尺寸来来表示。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁(2)钢板用钢坯或钢锭锭轧制而成、、且宽厚比很很大的矩形板板材。按生成方法可分分为：热轧钢钢板和冷轧钢钢板；按质量分为：普普通钢板、优优质钢板和复复合钢板；按表面处理方式式分为：镀层层钢板和涂层层钢板；按厚度分为：薄薄钢板(厚度小于4mm)、厚钢板(厚度4—60mm)和特厚钢板(厚度大于60mm)。钢板可按要求求剪裁、弯曲曲、冲压和焊焊接成各种构构件和产品。。①钢带：又称带带钢，为长度度很长，大多多成卷供应的的钢板。宽度度在600mm以下的称为窄窄带钢，超过过600mm的祢为宽带钢钢。分为热轧带钢钢和冷轧带钢钢。前者大多多加工成涂层层带钢，供汽车、洗衣衣机、电冰箱箱外壳等冲压压件用。冷轧轧带钢还广泛用于制造造焊缝钢管、、弹簧、锯条条、刀片及各各种冲压制品。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁②覆层钢板：在在具有良好深深冲压性能的的低碳钢板表表面镀覆锡、、锌、铝、铬等金属属保护层或涂涂覆有机涂层层、塑料等非非金属保护层的制制品。包括：镀锌钢钢板、镀锡钢钢板、无锡钢钢板、镀铝钢钢板及有机涂层钢板等，，具有良好的的抗蚀性和外外观装饰性。。镀锌钢板——表面镀锌的低低碳钢板。镀镀锌能有效地地防止钢材腐腐蚀，延长使用寿命命。镀锌方法法分为热镀法法和电镀法。。镀锌薄钢板(厚度约0.4-1.2mm)又祢镀锌铁皮皮，俗称白铁皮。镀锌锌钢板广泛用用子建筑、车车辆、家电、、日用品等行业。。镀锡钢板——表面镀有纯锡锡层的低碳钢钢薄板，俗称称马口铁。镀镀锡方法有热镀和和电镀两种。。镀锡钢板表表面金属光泽泽强，具有良好的耐耐腐蚀性、焊焊接性，深；；中压时有润润滑性，并能进行行彩色印刷。。广泛田来制制作罐头盒、、食品容器及轻便便耐蚀器皿等等。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁无锡钢板——不镀锡却可替替代镀锡钢板板使用的薄钢钢板。一般采采用电解铬酸法处理理钢板表面：：先在低碳钢钢板表面镀一一层金属铬，然后再再镀铬的水合合氧化物。无无锡钢板生产产成本低，可代替镀镀锡钢板，用用作啤酒饮料料等罐装包装装料。镀铝钢板——表面镀有纯铝铝或含硅量为为5％一10％铝合金的覆覆层钢板，多用热镀镀法、电泳法法和真空蒸镀镀法生产。具具有良好的抗高温氧氧化性、热反反射性和优异异的耐大气腐腐蚀性，多用用作汽车排气气系统、耐热热部件及建筑筑材料等。真空蒸镀铝钢钢板可作为罐罐体、瓶盖等等包装材料，，部分代替镀锡钢板板。有机涂层钢板板——覆层钢板的一一种，通常在在冷轧钢板、、镀锌钢板或或镀铝钢板表面面涂覆有机涂涂料或薄膜，，一般采用辊辊涂法或层压法生产产。有机机涂层钢板既既有钢板的强强度，又有良好的耐腐蚀蚀性、耐久性性和耐擦洗性性。表面面制成不同色彩和花纹图图案，装饰性性极强，故有有彩色钢板称称。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁花纹钢板——表面带有凹凸凸花纹的钢板板。花纹纹主要起防滑滑和装饰作用用，可经轧、冷轧或钻钻切加工制成成。广泛泛用于造船、、汽车、交通通、建筑等行业。不锈钢板——不锈钢是指在在大气、水、、酸、碱和盐盐溶液或其他他腐蚀介质中中具有高耐蚀性的的合金钢印总总称。钢钢中的主要合合金元素铬的的含量通常达12％以上，主要要用来制造在在各种腐蚀介介质中工作的的零件或构件件。(3)钢管按生成方法分分为：无缝钢钢管和焊缝钢钢管。无缝钢管：采用热轧、、冷轧、挤压压、冷拔等方方法生产。焊缝钢管：用钢板或钢带带卷曲成筒状状焊接而成，，按焊缝形状状可分为直缝焊管和螺旋旋缝焊管。生产薄壁管和和大直径管采采用焊接方法法比较方便。。钢管广泛用用来输送流体和制造机机械构件。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料钢铁(4)钢丝由不同质量的的热轧盘条冷冷拔拉制而成成的线状钢材材。按截面形状可可分为：圆形形、椭圆形、、三角形和异异形钢丝；按尺寸分为：：特细(小于0.1mm)、较细(0.1—0.5mm)、细(0.5-1.5mm)、中等(1.5—3mm)、粗(3.0—6.0mm)、较粗(6.0—8.0mm)、特粗(大于8.0mm)钢丝；按化学成分分分为：低碳、、中碳、高碳碳钢丝和低合合金、中合金金、高合金钢丝；按表面状态分分为：抛光、、磨光、酸洗洗、氧化处理理和镀层钢丝丝等；按用途分为：：普通钢丝、、结构钢丝、、弹簧钢丝、、不锈钢丝、、电工钢丝、钢绳钢钢丝等。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料有色金属材料料1．铝及铝合金金铝及铝合金是是工业用量最最大的有色金金属，是一种种常用的现代代材料。特点：a.纯铝密度小，，约为2.7g／cm3，相当于铜的的三分之一，，属轻金属。。b.熔点660℃。c.铝的导电、导导热性优良，，仅次于铜，，其导电率约约为铜的64％。d.铝具有很高的的塑性，可进进行各种塑性性加工。e.纯铝为银白色色，大气中有有良好的抗氧氧性，但氯离离子和碱离子子能破坏铝的氧化膜，不不耐酸、碱、、盐的腐蚀。。铝合金是以铝铝为基加入其其他合金元素素(铜、硅、镁、、锌、锰、镍镍等)而组成的合金。。铝合金质轻轻、强度高，，比强度值接接近或超过钢钢，具有优良良的导电、导热性性和抗蚀性，，易加工，耐耐冲压，并且且可阳极氧化化成各种颜色色。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料有色金属材料料(1)铝合金的分类类铝合金通常分分为变形铝合合金和铸造铝铝合金。变形铝合金：又可称压力力加工铝合金金，塑性良好好，可通过轧轧制、挤压、拔制、锻锻造等冷、热热加工制成板板、棒、管和和型材等产品，是优优良的轻型材材料。又细分分为防锈铝合合金、硬铝合金、超超硬铝合金。。铸造铝合金：：具有良好的铸铸造性能和一一定的力学性性能，但塑性性差，不能进行塑性性加工。多采采用砂型、金金属型、熔模模壳型的铸造方法，，生产各种形形状复杂，承承载不大，重重量较轻且有一定耐耐蚀、耐热要要求的铸件。。按主要合金金元素细分分为铝—硅系、铝—铜系、铝—镁系和铝—锌系合金。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料有色金属材料料(2)常见铝合金制制品①铝合金型材：：利用塑性加加工将铝合金金坯锭加工成成不同断面形形状及尺寸规规格的铝材。按断断面形状分为为角、槽、丁丁字、工字、、z字等几大类别，而每一一类别又有若若干品种，如如角型材分为为直角、锐角、钝角、带带圆头、异形形等。铝合金金型材具有质质轻、高强、耐蚀、耐耐磨等特特点，表表面再经阳极极氧化或喷涂涂处理而更具装饰性性。广泛泛用作产品造造型材料、展展示材料料、门窗框体材料、、墙面和吊顶顶骨架支承材材料等。②铝合金装饰板板：铝合金板板材经辊压、、冷弯等工艺艺制成的具有有一定形状的的装饰板，表面经经眶极氧化、、喷漆、覆膜膜或精加工等等处理可获得各种色彩或或肌理。铝合合金装饰板质质轻，耐久性性和耐蚀性好好，不易磨损，造造型优美，安安装方便。品品种有铝合金金花纹板、波波纹板和压型型板等，广广泛用作建筑筑物墙面、屋屋面装饰材料料和展示材料。金属材料及加加工工艺1.3常常用的金属材料有色金属材料料③铝箔：铝箔是是金属箔中用用量最大且用用途最广的一一种包装材料料，铝箔采用压延方方法压制而成成，它不但对对氧气、光线线和水蒸汽具有高阻隔性性，而且具有有艳丽的金属属光泽，可印印制美丽的图案，可与塑塑料薄膜复合合成复合薄膜膜，因此，铝铝箔广泛用于各种商品的的包装。铝箔箔的主要要包装性能是是防潮性、保保香性、遮光性和和反射性。④铝塑复合膜：：通常铝箔较较少单独用于于包装，因为为铝箔很柔软软，不适宜高高速包装，往往要要进行二次加加工才能把铝铝箔的特性进进一步发挥出出来。对铝箔进行树脂脂涂布或把铝铝箔与其他塑塑料进行复合合，能使铝箔箔的机械强度度增增加加，，并并具具有有热热封封性性能能，，从从而而适适应应现现代代包包装装机机的的高高速速自自动动包包装。。金属属材材料料及及加加工工工工艺艺1.3常常用用的金金属属材材料料有色色金金属属材材料料⑤真空空镀镀铝铝膜膜：：是是一一种种新新颖颖的的包包装装装装潢潢材材料料，，是是将将高高纯纯度度铝铝丝丝置置千千高高真空空装装置置中中，，将将铝铝丝丝加加热热到到熔熔融融点点以以上上，，铝铝丝丝蒸蒸发发形形成铝铝蒸蒸气气，，蒸蒸气气分分子子连连续续沉沉积积在在被被涂涂基基材材上上而而形形成成的的一种种复复合合膜膜。。镀镀铝铝层层具具有有美美丽丽的的金金属属光光泽泽，，有有优优良良的的阻气气性性和和防防潮潮性性，，光光线线的的反反射射率率高高而而透透过过率率极极低低，，遮遮光性性良良好好，，适适合合各各类类商商品品的的包包装装。。真空空镀镀铝铝膜膜若若与与聚聚乙乙烯烯进进行行复复合合则则具具有有更更大大印印应应用用范范围围，，如如PET／镀镀铝铝／／PE，在在PET膜上上印印刷刷图图案案及及商商标标，，把把印印刷刷好好的的PET膜的的进进行行真真空空镀镀铝铝，，然然后后与与PE进行行复复合合，，即即组组成成复复合合膜膜，，这这类类材材料料具具有有高高光光泽泽的的金金属属质质感感，，阻阻气气性性和和防防潮潮性性好好，，机机械械强强度度高高，，可可采采用用热热封封，，是是一一种种良良好好的的包包装装装装潢潢材材料料，，深深受受包包装装装装潢潢界界的的欢欢迎迎。。金属属材材料料及及加加工工工工艺艺1.3常常用用的金金属属材材料料有色色金金属属材材料料2．铜铜及及铜铜合合金金铜及及铜铜合合金金是是历历史史上上应应用用最最早早的的有有色色金金属属，，工工业业上上常常用用的的有有紫紫铜铜、、黄黄铜铜、、青铜铜、、白白铜铜等等。。特点点：：a.纯铜铜具具有有玫玫瑰瑰色色，，表表面面氧氧化化后后呈呈紫紫色色，，故故又又称称紫紫铜铜。。b.纯铜铜的的熔熔点点为为1083℃℃，密密度度8.98／cm3。c.纯铜铜质质地地柔柔软软,有极极好好的的延延展展性性，，具具有有良良好好的的加加工工性性和和焊焊接接性性，，易易冷冷、、热加加工工成成形形，，可可辗辗压压成成极极薄薄的的铜铜箔箔，，拉拉制制成成极极细细的的铜铜丝丝。。d.纯铜铜的的导导电电、、导导热热性性极极好好，，仅仅次次于于银银。。e.抗磁磁性性强强，，常常用用作作电电工工导导体体和和各各种种防防磁磁器器械械等等。。铜合合金金是是以以铜铜为为基基加加入入一一定定量量的的其其他他合合金金元元素素(锌、、锡锡、、铝铝、、硅硅、、镍镍等等)而组成成的的合合金金。。按按化化学学组组成成分分为为黄黄铜铜、、青青铜铜、、白白铜铜；；按按加加工工方方法法分分为为变变形形铜铜合合金金和铸铸造造铜铜合合金金。。金属属材材料料及及加加工工工工艺艺1.3常常用用的金金属属材材料料有色色金金属属材材料料(1)黄铜铜(CuZn合金金)以锌锌为为主主要要合合金金元元素素印印铜铜合合金金。。黄黄铜铜色色泽泽美美观观，，具具有有高高贵贵的的黄黄金金般般色色泽泽，，导电电导导热热性性强强，，耐耐腐腐蚀蚀性性能能、、机机械械性性能能和和工工艺艺性性能能良良好好，，易易于于切切削削、、抛抛光光及焊接。。可制成成板材、、带材、、管材、、棒材和和型材，，用作导导热导电电元件、、耐蚀结构件件、弹性性元件、、冷冲压压件和深深冲压件件、日用用五金及及装饰材材料等。(2)青铜除黄铜、、白铜以以外的其其他铜基基合金统统称为青青铜，常常用的合合金元素素有锡、、铝、硅、锰、、铬等。。青铜分分为普通通青铜和和特殊青青铜。普通青铜铜：以锡为主主要合金金元素，，含锡量量为5％—20％，又称称锡青铜铜(Cu-Sn合金)。色泽呈呈青灰色色，具有有很强的的抗腐蚀蚀性。又又分为加加工锡青青铜和铸造锡锡青铜。。金属材料料及加工工工艺1.3常常用的金属材材料有色金属属材料a.加工锡青青铜：含含锡量低低于6％～7％，具有有良好的的力学性性能和工工艺性能能，耐磨，可加加工成各各种规格格板、带带、管、、棒材；；b.铸造锡青青铜：含含锡量10％—14％，质地地较为坚坚硬，铸铸造性好好，可用用于生产产形状复杂杂的复杂杂、轮廓廓清晰的的铸件。。特殊青铜铜：泛指不含含锡的青青铜，如如铝青铜铜、铍青青铜、锰锰青铜等等。大多多数特殊殊青铜比普通通青铜具具有更高高的机械械性能、、耐磨性性和耐蚀蚀性。(3)白铜(CuNi合金)以镍为主主要合金金元素的的铜合金金，色泽泽呈自色色，质地地较软，，耐腐蚀蚀性好。。铜合金金中镍含含量的增增加，自自铜的强强度、硬硬度、弹弹性和耐耐蚀性等等性能相相应提高高。普通白铜铜：仅由铜和和镍组成成的合金金。特殊白铜铜：铜和镍组组成的合合金中，，若再加加入锌、、铝、锰锰等合金金元素。。如锌白白铜、铝白铜、、锰白白铜等。。工业上上白铜分分为结构构白铜和和电工白白铜。金属材料料及加工工工艺1.4金金属属材料在设计中中的应用用设计实例例：(1)金属椅(图6-17)由设计师师马里奥奥·博塔(MaroBotta)设计的金金属椅。。椅架采采用钢管管弯曲焊焊接而成成，椅面面和椅背背则由钢钢板冲孔孔弯折而而成。此此款设计计充分利利用金属属材料本本身固有有的刚性性和柔性性来达到到稳固结结实和柔柔韧舒适适的双重重目的。。（2）“柔韧度良良好”的扶手椅椅(图6-19)由设计师师罗恩·阿拉德(RonArad)设计的扶扶手椅，，椅子由由四部分分组成，，造型简简单明快快。椅子子采用1mm厚的优质质钢材制制成，钢钢材经回回火处理理，具有有良好的的韧性，，弹性优优异，具具有强烈烈印象视视觉效果果，给人以华华丽、精精致和现现代之感感。椅子子的各部部分由电电脑控制制激光切切割器切切割而成成，各部部分卷折折后由螺钉连接接而成，，而不需需要焊接接和粘接接。为了了使椅子子发亮的的表面在在搬运和和使用中中不留划划痕，其其表面覆有一层层塑料膜膜。金属材料料及加工工工艺1.4金金属属材料在设计中中的应用用(3)皱褶花花瓶(匿6—19)由荷兰兰设计计师马马丁·布鲁尔尔设计的的花瓶瓶，由由一整整片不不锈钢制作作而成成，经经冲压压、敲敲打、、弯曲而而成。。金属材材料及及加工工工艺艺1.4金金属属材料料在设计计中的的应用用(4)““猫鱼””剪子子(图6—20)由意大大利设设计师师富兰兰西斯斯科·菲利匹匹(FrancescoFillippi）设计计的剪子，，将猫猫和鱼鱼的形形象组组合成成一把把剪刀刀。它它由：：两片片不锈锈钢绞绞合而而成。不不锈钢钢表面面镀钛钛，坚坚固耐耐用。。（5）“鹿鹿特丹丹”桌桌(图6-21）由设计计师亚亚历山山大格格尔曼曼（AlexanderGelman)设计的的桌，，有九九块板板折叠叠而成成，，，敞开开的顶顶部可可充当当桌面面，起起搁物物架的的作用用。折折叠板板采用用白色色镀锌锌铝板板，折折叠板板的边边缘钻钻有孔孔洞，，有竖竖直铰铰链及及不锈锈钢螺螺钉（（圆头头)将各部部分边边缘相相连接接。(6)“明月椅椅”(图6-22)由日本本设计计师仓仓右四四郎(Shirookuramate)设计的扶扶手椅椅，像像一个个闪着光的的幻像像。设设计者者通过采用用能引引起人人们好好奇心的网网状材材料和和对部部件比例的巧妙妙使用，在在其诗境般的设设计中向人人们传达了精制制的空间感感和轻盈感，正正如设计者者所说：“我喜爱金属属透明，它不是把空空间世界拒拒绝在外，它看看上去漂浮浮在空中”。椅子由9部分镀镍钢丝网网焊接而成成，各部分的边边缘相交焊焊接点同时涂盖盖环氧树脂脂，底部四边采采用钢条加加固，以支撑椅子子的框架。。(7)““ZEN'’灯具(图623)由西班牙设设计师塞尔尔希·德维萨·伊·巴杰特(SergiDevesaIBajet)设计，此款款灯具显示示了“一种种温暖和神神秘的效果果”，两个个对称灯体体采用锌基基合金材料料经铸造成成型而得，，灯体采用用圆销和销销孔结合成成一体，金金属表面经经抛光处理理，灯具的的电源开关关安装在灯灯体内的夹夹件上。在在灯具底部部有一配重重件，以防防止灯具倾倾倒。8)““孔洞”椅(图6-24)由设计师皮皮耶特罗·阿柔索(PletroArosio)设计的椅，，采用整块块铝板制成成，椅子的的前后腿与与椅面为一一个整体(图6-24(b))，铝合金板板(3mm)采用切割弯弯曲成型(图6—24(c)和(d))，椅面上的的孔洞是为为了外观漂漂亮和减轻轻自重。(9)铝制座椅(图625)由荷兰设计计师帕特·荷恩·艾克(PietHeinEek)和诺伯·荣格科(NobRuijgrok)设计。椅子子由7部分组成，，采用2mm厚的阳极氧氧化铝板，，板材切割割后经电脑脑打孔和压压弯机弯映映成型，各各部分采用用固定螺栓栓(或铆钉)组装在一起起。金属材料及及加工工艺艺1.4金金属材料料在设计中的的应用(10)“钦奇塔”茶几(图626)由西班牙设设计师塞尔尔希·德维萨·伊·巴杰特(SergiDevesaBa